Transcript ORT1_06_PR9

OSNOVI RAČUNARSKE
TEHNIKE 1
ARHITEKTURA
RAČUNARA
8
Povezivanje komponenata
računarskog sistema
Pojam
arhitekture računara označava
glavne sastavne delove računara i njihovu
povezanost u jednu funkcionalnu celinu.
Glavne komponente tipične arhitekture
računara su:
memorija
procesor
periferije (komunikacioni sistem)
Povezivanje komponenata
računarskog sistema
 Neki
računarski sistemi dozvoljavaju povezivanje
svake komponente računarskog sistema sa
svakom - od tačke do tačke
 Prednost je velika brzina prenosa i pouzdanost.
 Komplikovano je dodavanje novih komponenata u
sistem, jer je potreban veliki broj veza
A
B
C
E
D
Povezivanje komponenata računarskog
sistema
 Kada
se koristi magistrala, broj veza ne zavisi od
broja komponenata
adresna magistrala (jednosmerna)
magistrala podataka (dvosmerna)
upravljačka magistrala (dvosmerna)
 Većina
računarskih sistema ima multiple-bus
(unutrašnja i spoljašnja magistrala)
B
A
C
E
D
Organizacija upravljačkih jedinica (CU)
U
hardverskoj organizaciji CU
upravljački signali se generišu
pomoću posebnih digitalnih
mreža
Ovakve upravljačke jedinice su brze
Često su vrlo složene
Nisu fleksibilne
Nisu dostupne korisniku da ih
modifikuje prema svojim
potrebama
Ovakvu organizaciju imaju RISC
procesori (Reduced Instruction Set
Computers)
RAM ALU
ROM
Clock
Control
Unit
Organizacija upravljačkih jedinica (CU)
U
mikroprogramskoj (firmverskoj)
organizaciji CU upravljački signali su
memorisani u mikroprogramskoj
memoriji (ROM-tipa)
CU su sporiji od hardverskih
generisanje upravljačkih signala se obavlja
pomoću mikroprograma koji se sastoji od
mikroinstrukcija
Za svaku mašinsku instrukciju postoji niz
mikroinstrukcija pomoću kojih se generišu
upravljački signali.
U nekim sistemima korisnik može da kreira
mikroprogram prema svojim potrebama
Ovakvu organizaciju imaju CISC procesori
(Complete Instruction Set Computers)
RAM ALU
ROM
Clock
Control
Unit
Generalisana arhitektura
računara
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
RAM ALU
ROM
Clock
Control
Unit
Upis podatka iz ulaznog uređaja u
ALU (1)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
Upis podatka iz ulaznog uređaja u
ALU (2)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
Upis podatka iz ulaznog uređaja u
ALU (3)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
Upis podatka iz ulaznog uređaja u
memoriju (1)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
Upis podatka iz ulaznog uređaja u
memoriju (2)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
Upis podatka iz ulaznog uređaja u
memoriju (3)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
Upis podatka iz ALU u izlazni uređaj (1)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
Upis podatka iz ALU u izlazni uređaj (1)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
Upis podatka iz memorije u izlazni
uređaj (1)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
Upis podatka iz memorije u izlazni
uređaj (2)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
MEMORIJA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
Upis podatka iz memorije u izlazni
uređaj (3)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
Prenos instrukcije iz memorije u
CU (1)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
MEMORIJA
Prenos instrukcije iz memorije u
CU (2)
ARITMETIČKO
LOGIČKA
JEDINICA
AW
AR
UPRAVLJAČKA
JEDINICA
R
MW MR MA
MEMORIJA
ULAZNI
UREĐAJI
W
IZLAZNI
UREĐAJI
Povezivanje komponenata
računarskog sistema
 Kod
multiple-bus računara (veliki sistemi):
Preko unutrašnje magistrale povezani su razni delovi
CPU sa glavnom memorijom
Preko spoljašnje magistrale povezan je CPU sa
ostalim delovima računarskog sistema
Unutrašnja i spoljašnja magistrala su povezane
pomoću ulazno-izlaznih sklopova (interface)
single-bus računara (mini i mikro računari)
svi delovi računarskog sistema su povezani na
jednu magistralu
 Kod
Karakteristika je mala cena i jednostavno dodavanje
novih periferija
Smanjena je brzina rada
Organizacija procesora sa jednom
internom magistralom
 Jednom
magistralom se multipleksirano u
vremenu prenose svi podaci
 U jednom trenutku vremena može da se obavi
samo jedan prenos
MAGISTRALA PODATAKA
PROCESOR
REGISTRI
SPECIJALNE
NAMENE
8-BITNI
REGISTRI
OPŠTE
NAMENE
R0 - RN
CPU:
•KONTROLNA
JEDINICA
•ALU
RAZLIČITI
DRUGI
SKLOPOVI
Organizacija procesora sa dve
interne magistrale

Jednom magistralom se dovode podaci u ALU
 Rezultati obrade iz ALU dolaze na drugu
magistralu odakle mogu da se upute bilo gde
 Podaci se istovremeno prenose preko obe
magistrale, pa se ubrzava rad
MAGISTRALA ZA PRENOS PODATKA OD IZVORA
PROCESOR
REGISTRI
SPECIJALNE
NAMENE
8-BITNI
REGISTRI
OPŠTE
NAMENE
R0 - RN
CPU:
•KONTROLNA
JEDINICA
•ALU
RAZLIČITI
DRUGI
SKLOPOVI
MAGISTRALA ZA PRENOS PODATKA DO ODREDIŠTA
Organizacija procesora sa tri
interne magistrale
 Postoje
dve magistrale za ulazne podatke, preko
kojih podaci mogu da se prenose istovremeno
 Povećana je brzina rada računara
MAGISTRALA A
MAGISTRALA B
PROCESOR
REGISTRI
SPECIJALNE
NAMENE
8-BITNI
REGISTRI
OPŠTE
NAMENE
R0 - RN
CPU:
•KONTROLNA
JEDINICA
•ALU
RAZLIČITI
DRUGI
SKLOPOVI
MAGISTRALA ZA PRENOS PODATKA DO ODREDIŠTA
Ubrzanje rada računarskih sistema
 Kod
Intelovih procesora 8086 primenjuje se
preklapanje faza pribavljanja i izvršenja
instrukcije
Nestaje vreme za pribavljanje instrukcije
Realizacija je moguća jer ne zahtevaju sve instrukcije
pristup memoriji u vreme izvršenja
 Koristi se
samo interna magistrala podataka, a slobodna je
adresna za dobavljanje sledeće instrukcije
Intelovi 8086/8088 procesori imaju dve nezavisne
jedinice:
EU (execution unit) za izvođenje instrukcija i upravljanje
BIU (bus interface unit) sadrži nekoliko sledećih instrukcija
programa u svojim registrima (red, queue)
Ubrzanje rada računarskih sistema
 Kod
Motorolinih procesora- primenjena je
arhitektura tekuće trake (pipelining)
Proces obrade se deli na četiri autonomna podprocesa
Četvorostruko se povećava brzina rada
SEQUENCER
PRIBAVLJANJE I DEKODOVANJE
INSTRUKCIJE
KONTROLNA
JEDINICA
D
IZVRŠNA
JEDINICA
C
KONSTANTA ILI PROŠIRENJE
KODA OPERACIJE
B
INSTRUKCIJE
IZ OPERATIVNE
ILI SKRIVENE
MEMORIJE
Ubrzanje rada računarskih sistema
 Kod
IBM, Honeywell, Univac i nekih drugih
proizvođača primenjena je bit-sliced arhitektura
Postoji više ALU jedinica, a svaka obrađuje po jedan
deo podatka (povećava se dužina reči)
ALU
UPRAVLJANJE
ALU
ALU
CPU
MEMORIJA
Ubrzanje rada računarskih sistema
Multiprocesorski
sistemi
Računar sadrži više od jednog CPU
Može da se istovremeno izvršava više instrukcija istog
programa
Multiprogramski rad (paralelno izvršavanje više
programa
Računarske
mreže
Sistemi sa distribuiranom obradom
Objedinjeno više desetina ili stotina nezavisnih
računara povezanih komunikacionom mrežom
Pogodni za multiprogramski rad i paralelnu obradu